發(fā)布時間：2017-08-05 09:09

  本文關鍵詞：基于面陣CCD的光纖輸出光束特征檢測系統(tǒng)設計

  更多相關文章： 面陣CCD FPGA 光場分布 三維成像

【摘要】：隨著科技的發(fā)展,光纖傳感技術以其靈敏度高、抗電磁干擾能力強、適應性好等特點廣泛應用于軍事、航空、能源環(huán)保等領域。可見光波段作為光學研究中非常重要的波段,其波段內光纖輸出的光束特征是研究光纖傳感的重要參考因素。傳統(tǒng)檢測光纖輸出的方法有利用光電探測器、光譜儀、光功率計等,但這些方法或者精確度不高、或者不能直觀觀測到光纖輸出的光束特征情況。因此,開發(fā)一種響應速度快、穩(wěn)定性高、實驗結果直觀的光纖輸出光束特征檢測系統(tǒng)具有十分重要的意義。本課題設計了一種基于CCD圖像傳感器的檢測系統(tǒng),對光纖輸出光束特性進行實時在線檢測,通過FPGA驅動面陣CCD實現(xiàn)對光纖輸出光束的光強分布特征進行實時采集,并將數(shù)據(jù)通過TCP/IP接口發(fā)送到上位機進行處理,在上位機中進行可視化處理并得到光束特征參數(shù)同時建立光場分布的三維模型。論文的主要內容有:首先,根據(jù)光束檢測系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀,針對光纖輸出的光束特征,提出了采用面陣CCD對光束特征進行在線實時獲取的方案;其次,對系統(tǒng)的開發(fā)平臺以及各模塊的工作原理進行了詳細的說明,并對系統(tǒng)硬件電路方案進行了論證和設計;再次,分別從時序的設計、信號的流向、數(shù)據(jù)的處理、模塊間的協(xié)同工作等方面進行了FPGA的Verilog HDL程序設計,并在Modelsim環(huán)境下對設計的各個功能單元進行了仿真驗證;最后,設計并完成整個硬件系統(tǒng)的電路實現(xiàn)并進行了大量的實驗研究。對CCD成像質量、實時數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)确矫骈_展了驗證與優(yōu)化設計,并將采集的光纖輸出圖像數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機,在上位機中生成圖像并獲取光束特征參數(shù)以及建立光場分布的三維模型,進而對所設計的硬件系統(tǒng)功能和特性進行深入的測試與驗證。本文設計的基于面陣CCD的光束特征檢測系統(tǒng)能夠用廉價的成本實現(xiàn)光束光場分布特征的在線檢測、處理及傳輸,通過配合上位機軟件能夠對光束特征參數(shù)以及光束光場的三維分布進行實時獲取和質量分析。本文研究成果對于解決低成本光束特征分析和光干涉場分布的實時測量具有很好的實際參考價值。
【關鍵詞】：面陣CCD FPGA 光場分布 三維成像
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP274;TN253
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 緒論9-14
• 1.1 課題背景及意義9-10
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀10-12
• 1.3 課題研究主要內容12-14
• 第2章 硬件系統(tǒng)的設計方案14-34
• 2.1 引言14
• 2.2 系統(tǒng)的整體設計方案14-15
• 2.3 FPGA模塊15-19
• 2.3.1 FPGA模塊的功能15-17
• 2.3.2 FPGA的結構及設計流程17
• 2.3.3 FPGA的開發(fā)平臺及工具17-19
• 2.4 CCD驅動模塊19-27
• 2.4.1 CCD的分類19-21
• 2.4.2 CCD性能指標21-22
• 2.4.3 CCD的工作原理22-25
• 2.4.4 CCD芯片ICX205AL的選用25-26
• 2.4.5 ICX205AL驅動電路設計26-27
• 2.5 模/數(shù)轉換模塊27-29
• 2.5.1 模/數(shù)轉換模塊的功能介紹27-28
• 2.5.2 模/數(shù)轉換芯片AD9824的選用28
• 2.5.3 AD9824的驅動電路28-29
• 2.6 SRAM模塊29-30
• 2.7 網(wǎng)絡通信模塊30
• 2.8 電源管理模塊30-33
• 2.8.1 硬件系統(tǒng)的電壓要求30-31
• 2.8.2 電源管理模塊的設計31-33
• 2.9 本章小結33-34
• 第3章 FPGA程序設計及仿真分析34-52
• 3.1 引言34
• 3.2 FPGA各模塊的時鐘設計34-35
• 3.3 ICX205AL時序設計35-45
• 3.3.1 ICX205AL的時序分析與仿真35-41
• 3.3.2 ICX205AL幀率的計算41-43
• 3.3.3 ICX205AL曝光時間的計算43-45
• 3.4 AD9824時序設計45-47
• 3.4.1 AD9824的內部寄存器配置45-46
• 3.4.2 AD9824的時鐘設計與仿真46-47
• 3.5 SRAM的時序設計47-50
• 3.5.1 SRAM寫時序設計47-50
• 3.5.2 SRAM讀時序設計50
• 3.6 本章小結50-52
• 第4章 系統(tǒng)的實驗與結果分析52-60
• 4.1 引言52
• 4.2 硬件電路的上電測試52-53
• 4.3 實際信號的觀測與分析53-54
• 4.4 網(wǎng)絡通信測試54-55
• 4.5 光束的特征檢測55-59
• 4.5.1 曝光時間對光束光斑明暗的影響56
• 4.5.2 保偏光纖模間干涉實驗結果分析56-58
• 4.5.3 光束特征的參數(shù)分析58-59
• 4.6 本章小結59-60
• 結論60-61
• 參考文獻61-64
• 致謝64

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 卿與三,江東林,呂百達;平面波經(jīng)方環(huán)衍射后的光束質量評價[J];激光技術;2001年05期

2 陳付幸,劉天華,姜宗福,李文煜;用剪切干涉法測氣動窗口流場對光束質量的影響[J];強激光與粒子束;2001年06期

3 鄧小玖,胡繼剛,劉彩霞,王建國;光束質量因子的研究[J];合肥工業(yè)大學學報(自然科學版);2002年06期

4 鄧小玖,謝莉莎,劉彩霞;光束質量與光束質量因子[J];廣西物理;2003年02期

5 呂百達,季小玲,羅時榮,陶向陽;激光的參數(shù)描述和光束質量[J];紅外與激光工程;2004年01期

6 康小平;何仲;鐘山;黃宏潮;黃槐仁;呂百達;;非傍軸截斷平頂光束的質量因子[J];強激光與粒子束;2007年02期

7 易亨瑜;胡曉陽;陳門雪;;非中心對稱像差系統(tǒng)的光束質量控制[J];紅外與激光工程;2007年S1期

8 田英華;葉一東;向汝建;關有光;周文超;;光束質量因子測量的不確定度分析[J];強激光與粒子束;2008年07期

9 曾茜逾;曹益平;周力萍;;激光測頭光束質量分析與控制[J];強激光與粒子束;2009年01期

10 李震;周軍;薛宇豪;何兵;劉馳;漆云鳳;董景星;魏運榮;樓祺洪;潘志勇;;β因子用于被動相干組束系統(tǒng)光束質量評價的探討[J];中國激光;2011年11期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張艷;張彬;祝頌軍;;光束譜合成的模擬分析[A];中國光學學會2006年學術大會論文摘要集[C];2006年

2 季小玲;竇玲玉;;部分相干環(huán)狀光束通過大氣湍流傳輸光束質量劣化的研究[A];中國光學學會2011年學術大會摘要集[C];2011年

3 廖常俊;魏正軍;王金東;殷建玲;;可相干并合的光束[A];中國光學學會2010年光學大會論文集[C];2010年

4 田小強;周文超;彭勇;解平;胡曉陽;;光束質量測試系統(tǒng)標定技術[A];第十七屆全國激光學術會議論文集[C];2005年

5 易亨瑜;胡曉陽;陳門雪;;非中心對稱像差系統(tǒng)的光束質量控制[A];2007年先進激光技術發(fā)展與應用研討會論文集[C];2007年

6 高昆;許立新;鄭睿;明海;;光束合成技術[A];光子科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化——長三角光子科技創(chuàng)新論壇暨2006年安徽博士科技論壇論文集[C];2006年

7 解平;胡曉陽;雒仲祥;謝川林;彭勇;田小強;何均章;魏繼峰;;集成化光束質量測試系統(tǒng)[A];中國工程物理研究院科技年報（2003）[C];2003年

8 杜燕貽;束小建;劉興榮;王元璋;李守先;;折疊虛共焦非穩(wěn)腔對近場光束質量的改善[A];中國工程物理研究院科技年報（2000）[C];2000年

9 盛正卯;;光束質量因子小于1的新光束[A];面向21世紀的科技進步與社會經(jīng)濟發(fā)展（上冊）[C];1999年

10 高春清;高明偉;王青;何曉燕;魏光輝;;LD列陣的光束參數(shù)測試和光束質量的研究[A];2002年中國光學學會年會論文集[C];2002年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 向汝建;高能固體板條激光器光束質量主動控制技術研究[D];中國工程物理研究院;2015年

2 康小平;非傍軸標量和矢量光束的光束質量研究[D];四川大學;2006年

3 潘孫強;高功率固體激光振蕩器與放大器光束質量控制技術研究[D];浙江大學;2013年

4 魏小紅;高功率激光非線性過程中的光束質量與傳遞特征[D];復旦大學;2009年

5 郭學石;全光纖脈沖孿生光束的產(chǎn)生和應用[D];天津大學;2014年

6 賀元興;激光光束質量評價及測量方法研究[D];國防科學技術大學;2012年

7 馬建立;DPL的光束質量控制及穩(wěn)定倍頻技術研究[D];長春理工大學;2010年

8 孫鵬;激光遠場聚焦光束質量退化及相位修正[D];中國科學院研究生院(長春光學精密機械與物理研究所);2015年

9 孫毅;多波段高功率激光合束技術及熱效應研究[D];中國科學院研究生院(長春光學精密機械與物理研究所);2015年

10 趙爽;高功率高光束質量全固態(tài)板條激光器的研究[D];山東大學;2010年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 姚文穎;摻雜PCF獲取平頂空心光束及光鑷測力優(yōu)化研究[D];燕山大學;2015年

2 張希倫;基于面陣CCD的光纖輸出光束特征檢測系統(tǒng)設計[D];燕山大學;2016年

3 任憲魯;光束質量分析軟件與系統(tǒng)實現(xiàn)[D];電子科技大學;2010年

4 董潮涌;半導體激光二極管光束質量評價[D];西安電子科技大學;2011年

5 陳尚武;高能激光系統(tǒng)光束質量評價相關問題研究[D];浙江大學;2007年

6 鐘正根;高斯變反射率輸出鏡的激光諧振腔及其光束質量[D];重慶師范大學;2008年

7 熊雪霜;激光束參數(shù)和光束質量測量系統(tǒng)[D];吉林大學;2007年

8 楊毅松;頻率轉換對高功率激光光束質量和聚焦特性的影響[D];四川大學;2005年

9 桂進斌;強激光熱作用數(shù)值計算及光束參數(shù)表述的研究[D];昆明理工大學;2004年

10 趙蕊;變光束質量激光束自適應光纖耦合技術研究[D];長春理工大學;2011年

，

本文編號：624088